宋勇迪,張素嫻（湖州師范學(xué)院信息工程學(xué)院,浙江　湖州　313000）

遠程多點環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)

宋勇迪,張素嫻
（湖州師范學(xué)院信息工程學(xué)院,浙江湖州313000）

摘要：本文設(shè)計了基于無線傳輸模塊XL105-232AP2和數(shù)字溫濕度傳感器DHT21/AM2301的遠程多點環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)是以AT89S52單片機為核心來進行各終端節(jié)點溫濕度數(shù)據(jù)采集，并通過無線收發(fā)模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸，在接收端也通過AT89S52單片機對數(shù)據(jù)進行處理，并且傳輸給液晶屏，從而實現(xiàn)無線的溫濕度監(jiān)控。文中給出了各硬件模塊的功能和特點進行了詳細的說明，軟件部分給出了數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的具體操作過程。

關(guān)鍵詞：無線傳輸；單片機；溫濕度傳感器；數(shù)據(jù)采集

1　引言

隨著當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式溫度傳感器出現(xiàn)了，這使溫度測量技術(shù)發(fā)生巨變，從模擬測量方法過渡到數(shù)字式測量方法。然而溫度測量和濕度測量相結(jié)合又是一大技術(shù)突破，數(shù)字式溫濕度測量方法無論在測量精度還是實時性方面都有了很大的提高[3]。隨著網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制少、安裝施工簡便靈活等特點，在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

遠程多點環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于射頻技術(shù)的無線溫濕度檢測裝置，其中包括一個數(shù)據(jù)接收顯示模塊和若干個數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊，其中數(shù)據(jù)接收端主要負責(zé)N路環(huán)境參數(shù)即溫濕度數(shù)據(jù)的匯總接收處理顯示，是整個控制系統(tǒng)的核心，是負責(zé)與各采集端通信并完成顯示任務(wù)和控制功能的，數(shù)據(jù)采集發(fā)送端也就是溫濕度采集端負責(zé)對測量點的溫濕度測量，并根據(jù)接收端的控制要求把測量點的信息返回給控制系統(tǒng)，他們之間是通過無線方式進行有效的實時數(shù)據(jù)傳輸，也就是說采集端之間是不可以直接通信的[4]。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)中每個采集端由一片數(shù)字溫濕度傳感器DHT21/AM 2301采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，通過XL105-232AP2微功率無線透明傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮漳K，完成對環(huán)境多點溫度、濕度數(shù)據(jù)的采集和無線發(fā)送；接收顯示模塊同樣有一塊XL105-232AP2微功率無線透明傳輸模塊接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機處理傳輸?shù)揭壕э@示屏LCD1604分別顯示出每個采集端的溫度以及濕度數(shù)據(jù)，并且可通過擴展顯示、鍵盤、RS-232等接口模塊，完成溫度、濕度數(shù)據(jù)的接收、顯示和上傳功能。

傳感器SHT11是比較好的選擇。該傳感器將CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合在一起構(gòu)成高集成度、體積極小的數(shù)字式溫濕度傳感器，使得傳感器的耐久性、元件尺寸、數(shù)字化、簡單和快速的系統(tǒng)應(yīng)用等性能均有較大的提高。而且使用SHT11傳感器無需外加任何轉(zhuǎn)換電路，可與微處理器直接連接實現(xiàn)濕度以及溫度的測量。SHT11傳感器分別默認為14位、12位的測量溫度和相對濕度的分辨率，通過狀態(tài)寄存器則降至12位、8位，濕度測量范圍是0～100%RH，對于12位的分辨率為0.03%RH，測溫范圍為-40°C～+123.8°C，對于14位的分辨率為0.01°C。每個傳感器芯片進行標定都在極為精確的濕度室中，校準系數(shù)在OTP內(nèi)存中以程序形式儲存，在測量過程中可自動校準相對濕度，使SHT11具有100%的互換性[5]。

數(shù)據(jù)接收顯示模塊部分接收數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊發(fā)送過來的溫度濕度數(shù)據(jù)之后，然后在本地LCD上顯示遠端的溫度和濕度，所以該模塊的主要功能即以中斷方式從射頻接收模塊獲取得到遠端發(fā)送的數(shù)據(jù)，每獲得一個字節(jié)中斷一次，此方法適用于本系統(tǒng)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量較小的情況，當(dāng)接收到一次完整的數(shù)據(jù)之后，通知應(yīng)用將獲取的數(shù)據(jù)顯示至本地LCD屏幕，從而完成整個無線溫度濕度監(jiān)控過程。

3　軟件設(shè)計

我們可以進行對比試驗，先對型號為LCD 1602和AT 89S52的進行初始化，然后查詢N路數(shù)據(jù)溫濕度采集端，接收并顯示出N路溫濕度采集端的溫濕度數(shù)據(jù)。查詢過程的具體步驟應(yīng)該是該模塊首先給某一路溫濕度采集端發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，同時監(jiān)控定時器啟動并等待接收應(yīng)答，如果在規(guī)定的時問內(nèi)相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)答沒有收到，將重新發(fā)送查詢命令，并進行錯誤計數(shù)，避免數(shù)據(jù)丟失，如果錯誤計數(shù)達到一定程度，發(fā)送方就停止發(fā)送查詢命令，進入錯誤處程序理，收到數(shù)據(jù)應(yīng)答后，首先對數(shù)據(jù)進行校驗合格后再把數(shù)據(jù)進行處理[2]。

數(shù)據(jù)接收顯示模塊部分接收數(shù)據(jù)采集發(fā)射模塊發(fā)送過來的溫度濕度數(shù)據(jù)之后，然后在本地LCD上顯示遠端的溫度和濕度，所以該模塊的主要功能即以中斷方式從射頻接收模塊獲取得到遠端發(fā)送的數(shù)據(jù)，每獲得一個字節(jié)中斷一次，此方法適用于本系統(tǒng)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量較小的情況，當(dāng)接收到一次完整的數(shù)據(jù)之后，通知應(yīng)用將獲取的數(shù)據(jù)顯示至本地LCD屏幕，從而完成整個無線溫度濕度監(jiān)控過程。

3.1顯示模塊軟件設(shè)計

顯示模塊初始化程序流程圖顯示模塊實現(xiàn)的功能是將傳感器獲取的數(shù)據(jù)整理成符合顯示格式的字符串，并送顯到本地的LCD，流程較為簡單，初始化串口的工作，也和采集發(fā)射模塊的串口初始化類似，完成對定時器設(shè)置，對串行工作方式和波特率的設(shè)置，并打開串行中斷和系統(tǒng)的全局中斷。本系統(tǒng)中，在獲取射頻接收模塊接收到的數(shù)據(jù)時，采用的是中斷串行接收的方式，每獲取一個字節(jié)，則產(chǎn)生一個中斷，進入中斷服務(wù)程序，完成將接收緩沖數(shù)據(jù)賦值至全局變量，直到完成6個字節(jié)的接收后，設(shè)置接收完成標志，在主程序中，當(dāng)接收完成標志為1時，即已經(jīng)完成一次完整的數(shù)據(jù)接收，則可以送至LCD顯示屏，將獲取的數(shù)據(jù)顯示給用戶，完成整個系統(tǒng)的功能，也就是說在接收顯示模塊中，除了主程序周期性的執(zhí)行之外，還有一個中斷一直處于活動狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)時，則觸發(fā)中斷，進入中斷服務(wù)子程序，完成獲取遠端數(shù)據(jù)的任務(wù)。

當(dāng)接收模塊接收到正確的溫濕度數(shù)據(jù)后就會把下位機編號和溫濕度數(shù)據(jù)值顯示出來，比如當(dāng)LCD 1602顯示“T0：11.8°C、R0：61.5%RH”表示數(shù)據(jù)采集端T0環(huán)境的溫度值為11.8攝氏度，濕度值為61.5%，當(dāng)顯示“T0D isconnected”表示接收端與采集端T0失去聯(lián)接。

3.2數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊程序設(shè)計

數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊部分程序流程圖該模塊在系統(tǒng)開啟之初處于查詢狀態(tài)，當(dāng)接收到接收控制端發(fā)送來的數(shù)據(jù)采集命令后進行溫濕度采集，然后把數(shù)據(jù)打包發(fā)送給數(shù)據(jù)接收端，之后連續(xù)采集溫濕度數(shù)據(jù)，一直送采集控制端，這樣就可以實現(xiàn)溫濕度的動態(tài)采集與顯示。

該模塊程序設(shè)計中主程序負責(zé)初始化系統(tǒng)，包括初始化LCD，初始化串口等，并形成周期循環(huán)，讀取由傳感器獲取的溫度濕度數(shù)據(jù)，在本地LCD上顯示（本系統(tǒng)采集模塊中未設(shè)置LCD液晶顯示器），并通過無線發(fā)送模塊發(fā)送至遠端接收端，完成數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送過程。

開始即程序的入口地址，從main開始執(zhí)行，因為需要在本地顯示溫度濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，所以包括了初始化LCD模塊和本地顯示模塊，其中初始化LCD模塊完成初始化LCD顯示屏工作，設(shè)置顯示屏的點陣顯示方式，屏幕清口，并在屏幕的左邊上下兩行，分別顯示溫度濕度標號。初始化模塊負責(zé)單片機的定時器1工作方式，串口波特率，串口工作方式為允許接收，最后打先開串行中斷，然后打開系統(tǒng)的中斷允許，完成初始化工作。在系統(tǒng)順利完成整個初始化工作之后，系統(tǒng)進入周期執(zhí)行階段，首先讀取傳感器采集的溫度濕度數(shù)據(jù)，在本地LCD上顯示結(jié)果并發(fā)送數(shù)據(jù)至遠端接收端，在完成一個周期之后，保證系統(tǒng)繼續(xù)周期運行，進入下一個周期的采集讀取和發(fā)送，保證接收端獲取的數(shù)據(jù)有較高的實時性。下面介紹讀取數(shù)據(jù)，本地顯示和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊程序設(shè)計。

3.2.1讀取數(shù)據(jù)模塊程序設(shè)計

讀取數(shù)據(jù)模塊，即從傳感器獲得采集到的溫度和濕度數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)采集功能。

3.2.2發(fā)射模塊軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊完成模塊功能，即將采集端在本地獲取的溫濕度數(shù)據(jù)，通過無線射頻模塊，發(fā)送至遠端采集端，本系統(tǒng)中，只需要將數(shù)據(jù)通過串行方式，存入無線射頻模塊發(fā)送緩存區(qū)，無線射頻模塊完成將數(shù)據(jù)以無線模式發(fā)送出去，所以上面所述的發(fā)送模塊，其實是以串行方式，將數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩存中，并在每存入一個字節(jié)時進行適當(dāng)?shù)难舆t，保證射頻模塊能成功的發(fā)送出去。

4　結(jié)束語

本文針對農(nóng)業(yè)和溫室環(huán)境的特點，在綜合考慮性能與價格等因素后，提出了一種基于數(shù)字溫濕度傳感器DHT21/AM 2301和XL105-232AP2微功率無線透明傳輸模塊的遠程多點環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，并探討軟硬件實現(xiàn)的可行性。使用該技術(shù)主要有以下的優(yōu)點：一是可以實現(xiàn)地理上分散的溫室集群管理與監(jiān)控，節(jié)省人力資源；二是可以充分利用免維護的網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)分布式遠程數(shù)據(jù)采集；三是可以通過建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享功能。

參考文獻：

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[3]何希才.傳感器及其應(yīng)用電路[M].北京:電子工業(yè)出版社.2001 [4]李春茂.傳感技術(shù)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社.2006.

[5]樊建明,陳淵睿.基于SHT11的溫室多點測量系統(tǒng)設(shè)計[J].2006,25(11):4-8.